La fijación de carbono C 3 es la más común de las tres vías metabólicas para la fijación de carbono en la fotosíntesis , junto con C 4 y CAM . Este proceso convierte el dióxido de carbono y el bisfosfato de ribulosa (RuBP, un azúcar de 5 carbonos) en dos moléculas de 3-fosfoglicerato mediante la siguiente reacción:
- CO 2 + H 2 O + RuBP → (2) 3-fosfoglicerato
Esta reacción fue descubierta por primera vez por Melvin Calvin , Andrew Benson y James Bassham en 1950. [1] La fijación de carbono C 3 ocurre en todas las plantas como el primer paso del ciclo Calvin-Benson . (En las plantas C 4 y CAM, el dióxido de carbono se extrae del malato y entra en esta reacción en lugar de hacerlo directamente del aire ).
Las plantas que sobreviven únicamente en C 3 de fijación ( C 3 plantas ) tienden a prosperar en zonas donde la intensidad de la luz del sol es moderado, las temperaturas son moderadas, de dióxido de carbono concentraciones son alrededor de 200 ppm o superior, [2] y el agua subterránea es abundante. Las plantas C 3 , que se originaron durante las eras Mesozoica y Paleozoica , son anteriores a las plantas C 4 y todavía representan aproximadamente el 95% de la biomasa vegetal de la Tierra, incluidos importantes cultivos alimentarios como el arroz, el trigo, la soja y la cebada.
Las plantas C 3 no pueden crecer en áreas muy calientes porque RuBisCO incorpora más oxígeno en RuBP a medida que aumentan las temperaturas. Esto conduce a la fotorrespiración (también conocida como ciclo del carbono fotosintético oxidativo o fotosíntesis C2), que conduce a una pérdida neta de carbono y nitrógeno de la planta y, por lo tanto, puede limitar el crecimiento.
Las plantas C 3 pierden hasta el 97% del agua absorbida por sus raíces por transpiración. [3] En áreas secas, las plantas C 3 cierran sus estomas para reducir la pérdida de agua, pero esto detiene el CO
2de entrar en las hojas y por lo tanto reduce la concentración de CO
2en las hojas. Esto reduce el CO
2Relación : O 2 y, por lo tanto, también aumenta la fotorrespiración. Las plantas C 4 y CAM tienen adaptaciones que les permiten sobrevivir en áreas cálidas y secas y, por lo tanto, pueden superar a las plantas C 3 en estas áreas.
La firma isotópica de las plantas C 3 muestra un mayor grado de agotamiento de 13 C que las plantas C 4 , debido a la variación en el fraccionamiento de los isótopos de carbono en la fotosíntesis oxigenada entre los tipos de plantas. Específicamente, las plantas C 3 no tienen PEP carboxilasa como las plantas C 4 , lo que les permite utilizar únicamente ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa (Rubisco) para fijar CO2 a través del ciclo de Calvin. La enzima Rubisco discrimina en gran medida contra los isótopos de carbono, evolucionando para unirse solo al isótopo 12 C en comparación con el 13 C (el isótopo más pesado), lo que atribuye a por qué se observa un bajo agotamiento de 13 C en las plantas C 3 en comparación con las plantas C 4 , especialmente desde el C La vía 4 usa PEP carboxilasa además de Rubisco. [4]
Los científicos han diseñado nuevas vías de metabolismo que reducen las pérdidas por fotorrespiración, al metabolizar de manera más eficiente el glicolato tóxico producido. Esto resultó en un aumento de más del 40% en la producción de biomasa en su organismo modelo (la planta de tabaco) en sus condiciones de prueba. Los científicos son optimistas de que esta optimización también se pueda implementar en otros cultivos C 3 como el trigo. [5]
Referencias
- ^ Calvin, Melvin (1997). "Cuarenta años de fotosíntesis y actividades afines". Revisiones científicas interdisciplinarias . 22 (2): 138-148. doi : 10.1179 / isr.1997.22.2.138 .
- ^ C. Michael Hogan. 2011. "Respiración". Enciclopedia de la Tierra . Eds. Mark McGinley y CJ Cleveland. Consejo Nacional de Ciencia y Medio Ambiente. Washington DC
- ^ Cuervo, JA ; Edwards, D. (marzo de 2001). "Raíces: orígenes evolutivos y significado biogeoquímico" . Revista de botánica experimental . 52 (Suplemento 1): 381–401. doi : 10.1093 / jexbot / 52.suppl_1.381 . PMID 11326045 .
- ^ Alonso-Cantabrana, Hugo; von Caemmerer, Susanne (mayo de 2016). "Discriminación de isótopos de carbono como herramienta de diagnóstico para la fotosíntesis C4 en especies intermedias C3-C4" . Revista de botánica experimental . 67 (10): 3109–3121. doi : 10.1093 / jxb / erv555 . ISSN 0022-0957 . PMC 4867892 . PMID 26862154 .
- ^ Sur, Paul F .; Cavanagh, Amanda P .; Liu, Helen W .; Ort, Donald R. (2019). "Las vías del metabolismo del glicolato sintético estimulan el crecimiento y la productividad de los cultivos en el campo" . Ciencia . 363 (6422): eaat9077. doi : 10.1126 / science.aat9077 . PMC 7745124 . PMID 30606819 .